Состав, свойства и режимы почв.

Лекция 7. Почва, как компонент ландшафта

Аннотация.Даются процессы почвообразования, состав, свойства и режимы почв. Показано влияние почв на атмосферу, биосферу, литогенную основу и гидросферу. Рассмотрены вопросы биопродуктивности ландшафтов и плодородия почв

Ключевые слова. Почва, состав, свойства, режимы, химические элементы, минералы.плодородие.

Вопросы

1. Классификация элементарных почвообразовательных процессов.

2. Состав свойства и режимы почв.

3. Биопродуктивность ландшафтов и плодородие почв

Почва – главный продукт функционирования ландшафта. По образному выражению В.В. Докучаева почва является «зеркалом ландшафта». Образование почвы, её история и функционирование тесно связаны с остальными компонентами ландшафта. В почвоведении компоненты ландшафта выступают как факторы почвообразования. Находясь в самом центре вертикальной структуры ландшафта, почва оказывает влияние на все его компоненты. Почвы являются ведущим фактором биопродуктивности наземных ландшафтов, регулируют состав атмосферного воздуха и грунтовых вод, участвуют в формировании мезо и микроформ рельефа, оказывают влияние на горные породы.

Почва - четырёхфазная, биокосная система, которая включает: твёрдую, жидкую, газовую и живую фазы. Почвы формируются в результате почвообразовательных процессов, которые тесно связаны с факторами почвообразования.

7.1. Классификация элементарных почвообразовательных процессов.

Элементарные почвенные процессы (ЭПП) присущи только почвам, и каждый почвенный тип (подзолистые почвы, черноземы и др.) характеризуется определенным, только ему свойственным сочетанием ЭПП. Именно ЭПП формируют отдельные горизонты и характерный для каждого типа почвенный профиль. В то же время они могут проявляться во многих типах почв в различных сочетаниях.

В настоящее время выделяются более 60 естественных ЭПП, объединенных Б.Г. Розановым в 7 групп. Ниже приводится их перечень с небольшими изменениями и сокращениями.

I. Биогенно-аккумулятивные ЭПП. Группа ЭПП, протекающих в почве под влиянием организмов, в результате которых в профиле почв образуются биогенные органо-минеральные горизонты:

- подстилкообразование – образование лесной подстилки или степного войлока;

- гумусообразование – образование горизонтов с повышенным содержанием гумусовых веществ;

-торфообразование – образование горизонтов торфа;

- детритообразование – образование горизонтов с повышенным содержанием детрита.

II. Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП. Группа процессов, проявляющихся в аккумуляции веществ в почвенном профиле под воздействием грунтовых вод:

- засоление – накопление водорастворимых солей при выпотном типе водного режима;

-окарбоначивание – вторичное накопление карбонатов кальция из минерализованных грунтовых вод;

- оруденение – гидрогенное накопление оксидов железа и марганца (рудяковые горизонты, ортштейны, болотная руда);

III. Метаморфические ЭПП. Группа процессов трансформации породообразующих минералов без элювиально-иллювиального перераспределения в почвенном профиле (внутрипочвенное выветривание); преобразование первичных минералов во вторичные:

- сиаллитизация (оглинение) – образование глинистых минералов сиаллитного состава из первичных минералов;

- монтмориллонитизация – образование глинистых минералов преимущественно монтмориллонитового состава;

- ферраллитизация, каолинизация, ферсиаллитизация, бокситизация, ферритизация – процессы внутрипочвенного выветривания с образованием вторичных глинистых минералов соответствующего состава (каолинит, гидроксиды железа и алюминия, бокситы и др.);

- оглеение– процесс метаморфического преобразования минеральной почвенной массы под воздействием восстановительных процессов при переувлажнении;

- оструктуривание – процесс образования агрегатов разного размера под воздействием веществ, обладающих клеящей способностью;

- слитизация – процесс обратимой цементации (при высыхании) монтмориллонитово-глинистых почв.

IV. Элювиальные ЭПП. Группа процессов образования элювиальных горизонтов, сущность которых заключается в разрушении или преобразовании почвенного материала и выносе из него продуктов разрушения или трансформации нисходящими либо боковыми токами воды за пределы почвенного горизонта или профиля:

- выщелачивание – процесс обеднения горизонта основаниями в результате растворения и выноса за пределы элювиального горизонта или почвенного профиля;

- оподзоливание – кислотный гидролиз первичных и вторичных минералов и вынос продуктов гидролиза за пределы элювиального горизонта или почвенного профиля;

- лессивирование (лессиваж, обезиливание, иллимеризация) – процесс пептизации, отмывки илистых и тонкопылеватых частиц с поверхности более крупных частиц и вынос их без разрушения за пределы горизонта или почвенного профиля;

- псевдооподзоливание, псевдооглеение, отбеливание, ферролиз, элювиально-глеевый процесс, Al - Fe - гумусовый процесс – элювиальные ЭПП с участием оглеения, оподзоливания и лессиважа в разных соотношениях;

-осолодение – элювиально-глеевый процесс с участием лессивирования и оподзоливания, на первых стадиях – щелочного гидролиза, выщелачивания, в зависимости от кислотно-щелочных условий, степени промачивания и стадии развития;

- коркообразование – процесс пептизации коллоидов и илистых частиц под действием ионов натрия с участием выщелачивания и щелочного гидролиза, и вынос продуктов этих процессов в нижележащие горизонты;

V. Иллювиально-аккумулятивные ЭПП. Процессы, сопутствующие элювиальным процессам и проявляющиеся в аккумуляции продуктов выноса в средней или нижней части почвенного профиля:

- глинисто-иллювиальный, алюмогумусо-иллювиальный, железистогумусо-иллювиальный, иллювиально-гумусовый, иллювиально-карбонатный– процессы, получившие названия от вида аккумулируемого продукта.

VI. Педотурбационные ЭПП. Группа процессов механического перемешивания почвенной массы под влиянием разнообразных факторов и сил:

- самомульчирование – процесс образования на поверхности слитых почв маломощного оструктуренного горизонта при высыхании;

-криотурбация– процесс морозного механического перемешивания;

- пучение – излияние на поверхность тиксотропной почвенной массы в условиях криогенеза;

-биотурбация – перемешивание почвы животными-землероями;

- ветровальная педотурбация – перемешивание почвы при ветровалах лесов.

VII. Деструктивные ЭПП. Группа процессов, ведущая к разрушению почвы:

-эрозия – процесс поверхностного смыва или размыва почвы под действием поверхностного стока атмосферных осадков;

- дефляция (ветровая эрозия) – процесс механического разрушения или перемещения почвы под действием ветра;

- погребение – засыпание почвы материалом, принесенным со стороны (селевые потоки, оползни и др.).

В отдельную группу – VIII – необходимо выделить агрогенные и техногенные ЭПП, формирующие отдельные горизонты или почвенные профили:

- освоение– распашка целинных почв;

- агрогенное гумусонакопление – увеличение содержания гумуса за счет агрономических мероприятий (внесение органических удобрений, посев многолетних трав и др.);

- мульчирование – покрытие поверхности почвы мульчирующими материалами, как правило, органическими (торф, опилки и др.) с целью регулирования водного и теплового режима;

-окультуривание – процесс улучшения агрономических свойств почв путем проведения целенаправленных агрономических мероприятий (внесение органических и минеральных удобрений, обработки, мелиорации и др.);

- агротурбация– механическое перемешивание почвы при обработках (вспашка, боронование, культивация и др.);

IX. Мелиоративные ЭПП – процессы, связанные с коренным мелиоративным улучшением почв (орошение, осушение, химические мелиорации, фитомелиорации, внесение мелиоративных доз органических удобрений и др.):

- пескование – внесение больших норм песчаного материала в пахотный слой глинистых почв;

- агрогенное оструктуривание – формирование структурных агрегатов почвы под действием агрохимических и агротехнических мероприятий;

-рекультивация – комплекс горнотехнических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных, инженерно-строительных работ, направленных на восстановление нарушенных техногенными процессами почв.

X. Деструктивные агрогенные и техногенные ЭПП – процессы, ведущие к разрушению почв или ухудшению их агрономических свойств под воздействием агрогенных и техногенных процессов:

- ускоренная эрозия – процесс поверхностного смыва или размыва почв сельскохозяйственных угодий под действием поверхностного стока атмосферных осадков;

- ирригационная эрозия – процесс смыва и размыва почв при орошении;

- дефляция (ветровая эрозия) – процесс механического разрушения почвы сельскохозяйственных угодий под действием ветра;

- стаскивание – механическое перемещение почвы вниз по склону при различных видах обработки сельскохозяйственными орудиями;

- вторичное засоление – засоление почв, связанное с поднятием уровня грунтовых вод при орошении;

- вторичное оглеение – в связи с поднятием уровня грунтовых вод затоплением почв;

- дегумификация – снижение содержания гумуса в результате процессов минерализации в почвах сельскохозяйственных угодий;

- выпахивание – снижение уровня плодородия пахотных почв, ухудшение их агрономических свойств (снижение содержания гумуса, обесструктуривание, переуплотнение) в результате использования их при низком уровне поступления в почву источников гумуса (органических удобрений и послеуборочных остатков);

- обесструктуривание – разрушение структурных агрегатов под воздействием обработок, при отсутствии мероприятий по восстановлению структуры почв;

- переуплотнение - уплотнение почвы выше оптимальных значений, в связи с обработками, особенно при использовании тяжелой техники;

- техногенное загрязнение почв токсикантами, связанное с хозяйственной деятельностью промышленных предприятий, автомобильного транспорта, авиационной и космической техники. Эти ЭПП могут разделяться в зависимости от вида загрязнения (тяжелые металлы, нефтепродукты, радионуклиды и др.).

- агрогенное загрязнение в результате сельскохозяйственного использования почв (пестициды, некачественные минеральные удобрения, химические мелиоранты и др.);

- почвоутомление- процесс нарушения экологического равновесия в системе почва-растение, являющийся следствием одностороннего воздействия на почвенную среду культурных растений (односторонний вынос элементов питания, размножение вредителей, фитопатогенной микрофлоры, корневые выделения и др.).

В результате сочетания ряда ЭПП формируется профиль почв с набором генетических горизонтов, которые характеризуются определенными морфологическими признаками, составом и свойствами.

Мощность почвенной толщи составляет от нескольких см. в Арктике и в горах до 2-3-х метров на равнинах умеренных, субтропических и тропических поясов.

Каждая почва характеризуется определёнными составом и свойствами, которые частично наследуются от почвообразующих пород, а также формируются за счёт процессов почвообразования.

Состав, свойства и режимы почв.

Гранулометрический составпочв и почвообразующих породхарактеризуется содержанием механических элементов (частиц) разного размера, выраженном в % к массе сухой почвы. Близкие по размерам механические элементы характеризуются примерно одинаковыми свойствами и поэтому их группируют во фракции. Частицы размером менее 0,01 мм называются физической глиной, крупнее 0,01 мм – физическим песком. На их относительном содержании строится классификация почв и почвообразующих пород (главным образом четвертичных отложений) по гранулометрическому составу (таблица1.).

Содержание физической глины и физического песка (мелкозема) в сумме составляет 100%. Если почва имеет содержание гравия (1-3 мм), превышающее содержание преобладающих фракций мелкозема, то это указывается в названии почвы, например: супесь крупнопылевато-гравийная.

Отдельно вводится в название степень каменистости в зависимости от содержания частиц более 3 мм в % к массе почвы: не каменистая (менее 0,5), слабокаменистая (0,5-5), среднекаменистая (5-10), сильнокаменистая (>10).

1. Классификация почв и почвообразующих пород по гранулометрическому составу

В полевых условиях гранулометрический состав мелкозема можно определить на ощупь, органолептически. Этот способ основан на том, что разновидности почв по гранулометрическому составу обладают различной пластичностью, под которой понимается способность почвенной массы при механических воздействиях необратимо менять форму без образования микротрещин. 2-3 см³ почвы увлажняют с перемешиванием до тестообразного состояния и пытаются скатать шарик или шнур. При определении гранулометрического состава карбонатных почв вместо воды применяют 10% соляную кислоту с целью разрушения агрегатов. Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур. В зависимости от гранулометрического состава почвы эффективность скатывания будет различной.

Песок – непластичный, скатать шарик или шнур не удается.

Супесь – очень слабопластичная, скатывается в непрочный шарик, в шнур не скатывается.

Легкий суглинок – слабопластичный, скатывается в отдельные короткие отрезки шнура.

Средний суглинок – среднепластичный, скатывается в шнур толщиной 2-3 мм, который ломается при дальнейшем раскатывании или лопается при сгибании в кольцо.

Тяжелый суглинок - очень пластичный, скатывается в тонкий (менее 2 мм) шнур, который образует кольцо с трещинами.

Глина – высокопластичная, скатывается в тонкий шнур, образует кольцо без трещин.

Песчаные и супесчаные почвы относятся к легким, легко- и среднесуглинистые – к средним, тяжелосуглинистые и глинистые - к тяжелым. Чем тяжелее почва, тем большей механической прочностью характеризуются ее агрегаты.

Химический и минералогический (минеральный) состав почв и пород характеризуют соответственно общее содержание химических элементов и минералов. Основная масса почв состоит из минералов, в составе которых преобладают кремний, алюминий, железо, а также кальций магний калий и натрий. Отличительной особенностью почв является наличие в их составе органического вещества. Содержание органического вещества в гумусовом горизонте целинных автоморфных почв различных природных зон колеблется от 0,5-1,0% в пустынных и полупустынных почвах до 13-15% в черноземах лесостепной зоны. На преобладающих площадях пахотных угодий России в пахотном слое его содержание составляет всего лишь 2-5%. С глубиной содержание органического вещества в профиле почв резко или постепенно снижается до десятых долей процентов. Однако практически все генетические, агрономические свойства и режимы почв в той или иной степени связаны с содержанием и составом органического вещества.

Физико-химические свойства почв являются предметом изучения физической и коллоиднойхимии.Ониобусловлены составом и свойствами почвенных коллоидов и их взаимодей­ствием с почвенными растворами. К важнейшим физико-химическим свойствам относятся:

- реакция среды, варьирует в почвах от кислой (величина рН_вод 2,5-6,9) до щелочной (рН 7,1-10);

- ёмкость катионного обмена, колеблется от нескольких мг-экв/100 г почвы в экстрагумидных и экстрааридных областях до 50-70 мг-экв/100 г почвы в чернозёмах семигумидных (полувлажных) областей;

- степень насыщенности основаниями, характеризует соотношение катионов кальция и магния с одной стороны, обусловливающих основные свойства почв и водорода и алюминия – с другой, обусловливающих кислотные свойства почв (колеблется от 30 до 100%).

Агрохимические свойства почв учитываются при определении вида, доз и норм минеральных, органических удобрений и химических мелиорантов. Главными из них являются: содержание гумуса, легкоразлагаемого органического вещества, емкость катионного обмена, состав поглощенных катионов, реакция среды, содержание усвояемых форм элементов питания (азота, фосфора, калия и микроэлементов).

Общие физические свойства почв.К ним относятся плотность, (плотность твёрдой фазы), плотность сложения и порозность.

Плотность сложения (по устаревшей номенклатуре – объёмный вес, объемная масса) – масса сухого вещества почвы в единице её объема ненарушенного естественного сложения, выражается в г/см³, обычно обозначается символом d_v. Плотность почвы зависит от механического и минералогического состава, структурного состояния, порозности, содержания органического вещества. Она варьирует от 0,04-0,4 г/см³ в торфах до 1,8 г/см³ в глеевых минеральных горизонтах (таблица 2).

2. Плотность и плотность твердой фазы различных горизонтов почв (г/см³)

Плотность пахотного слоя не постоянная во времени. При измерении сразу после вспашки она ниже, затем постепенно повышается и приходит в равновесное состояние (равновесная плотность).

Плотность (плотность твердой фазы) (по устаревшей номенклатуре - удельный вес) – средняя плотность частиц, из которых состоит почва или порода – масса сухого вещества в единице объема твердой фазы почвы или породы. Измеряется в г/см³ или т/м³. Обычно обозначается символом d. Зависит она от плотности веществ, из которых состоит почва. Поскольку плотность преобладающих минералов в составе почв находится в диапазоне 2,5-3,0 г/см³ (кварц – 2,56; полевые шпаты – 2,60-2,76; глинистые минералы – 2,5-2,7 г/см³), то плотность минеральных горизонтов в среднем составляет 2,65-2,70 г/см³. Плотность органических веществ (гумус, растительные остатки) значительно ниже минеральных, находится в пределах 1,4-1,8 г/см³. Поэтому плотность гумусовых горизонтов несколько ниже плотности минеральных и составляет примерно 2,4-2,6 г/см³ (таблица 10.2).

Порозность почв (синонимы: пористость, скважность) – это суммарный объём пор между твердыми частицами, занятый воздухом и водой. Выражается порозность в % от общего объёма почвы; вычисляется по показателям плотности сложения почвы (d_v) и плотности твёрдой фазы (d):

Различают общую порозность, капиллярную (внутриагрегатную) и некапиллярную (межагрегатную). Капиллярные поры заняты водой полностью при влажности, соответствующей наименьшей влагоемкости. Такая вода удерживается менисковыми силами и является доступной для растений. Некапиллярные (крупные поры) заняты обычно почвенным воздухом (порозность аэрации), поскольку вода в них после дождей находится под действием гравитационных сил, свободно передвигается и не удерживается. Наибольшая общая порозность (55-70%) наблюдается в гумусовых горизонтах, а в торфах и лесных подстилках может достигать 90%. В минеральных горизонтах она снижается до 35-50%, а в глеевых — до 25-30%. Порозность оказывает большое влияние на рост и развитие растений, так как от нее зависит обеспеченность корней растений влагой и воздухом.

Водные свойства и водный режим почв.Формы, или категории воды в почве – это части воды, которые обладают одинаковыми свойствами. А.А. Роде выделил пять формводы: химически связанная, твердая, парообразная, сорбированная (физически связанная), свободная.

Химически связанная вода включает конституционную, которая представлена гидроксильной группой ОН химических соединений (гидрооксиды железа, алюминия, глинистые минералы и др.) и кристаллизационную, представленную целыми водными молекулами кристаллогидратов (например, СаSО₄ ^. 2Н₂О – гипс). Химически связанная вода входит в состав твёрдой фазы почв и не обладает свойствами воды. Она может выделяться из почв только при повышенных температурах - от 20-60^оС до 500^оС и выше, и для питания растений не доступна.

Твердая вода – представлена в виде льда, который является потенциаль­ным источником жидкой влаги, в том числе доступной для растений.

Парообразная вода содержится в порах в почвенном воздухе. Относительная влажность почвенного воздуха близка к 100%. Она перемещается в порах при изменении температуры и вместе с током почвенного воздуха может конденсироваться и сорбироваться твердой фазой почвы. Конденсат может усваиваться растениями.

Сорбированная (физически связанная) водаза счёт сорбционных сил подразделяется на прочно связанную воду и рыхлосвязанную.

Прочносвязанная сорбированная вода сорбируется почвой из воздуха. При низкой относительной влажности воздуха (20-50%) сорбированная влага образует тонкую плёнку толщиной в 1-2 молекулы. Такая влага получила название – гигроскопическая. При влажности воздуха близкой к 100% сорбируется 3-4 слоя молекул воды. Эта влага называется максимальная гигроскопическая (МГ).

Наибольшее количество прочносвязанной, строго ориентированной воды, удерживаемой сорбционными силами, характеризует максимальная адсорбционная влагоёмкость (МАВ). Она составляет около 60-70% МГ. Прочносвязанная вода по физическим свойствам приближается к твёрдым телам: ее плотность достигает 1,5-1,8 г/см³, замерзает при низких температурах, не растворяет электролиты, не доступна растениям.

Гигроскопическая влажность, МАВ и МГ, зависят от минералогического и гранулометрического состава и степени гумусированности. Чем выше в почвах содержание илистой и коллоидной фракций, тем выше показатели прочносвязанной влаги. Так, значения МГ колеблются от 0,5-1% – в песчаных и супесчаных, 2-10 – в суглинистых, до 15-20 – в глинистых и 30-50% в торфах. Показатели МАВ ниже на 30-40%, а гигроскопической влажности – на 50-80%, по сравнению с МГ.

Рыхлосвязанная сорбированная (пленочная) вода представлена полимолекулярной плёнкой толщиной в несколько десятков или сотен диаметров молекул воды. Она удерживается молекулярнымисилами, менее прочно связана с твердой фазой почв и может частично передвигаться. Верхний предел рыхлосвязанной воды характеризует максимальная молекулярная влагоёмкость (ММВ). В глинистых почвах она может достигать 25–30%, в песчаных – 5-7%. Она частично доступна для растений.

Капиллярная вода является свободной, не зависит от сорбционных сил, а удерживается и передвигается в почве капиллярными (менисковыми) силами.

Менисковые силы начинают проявляться в порах с диаметром менее 8 мм, а наиболее сильно – с диаметром от 100до 3мкм. Поры диаметром менее 3 мкм заполнены связанной водой. Капиллярная вода растворяет вещества, вместе сней передвигаются соли и коллоиды. Капиллярная вода является доступной и наиболее ценной для растений. Она подразделяется на капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую и капиллярно-посаженную.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (атмосферные осадки, оросительные воды), она висит над сухим слоем почвы и не имеет связи с грунтовыми водами. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, если влага испаряется с поверхности. Поэтому существует ряд агротехнических мероприятий (боронование, прикатывание и др.), направленных на снижение испарения и сохранение капиллярно-подвешенной влаги.

Нормы орошения не должны превышать запасы капиллярно-подвешенной влаги.

Стыковая капиллярно-подвешенная влага преобладает в песчаных и супесчаных почвах с крупными порами. Она находится в местах стыка твёрдых частиц и удерживается капиллярными силами.

Капиллярно-подпертая вода заполняет капиллярные поры при увлажне­нии снизу, от горизонта грунтовых вод. Она передвигается вверх по капилля­рам и подпирается снизу грунтовыми водами. Слой почвы над грунтовыми водами, содержащий капиллярно-подпертую влагу, называется капиллярной каймой.

В суглинистых и глинистых почвах он достигает 2-6 м, а в песчаных и супесчаных – только 0,4-2,0 метра. Мощность капиллярной каймы характеризует водоподъемную способность почв. Капиллярно-подпёртая влага принимаетучастиевснабжении водой растений в полугидроморфных и гидроморфных почвах и является существенным дополнением к атмосферным осадкам, особенно в почвах лесостепной и степной зоны, где грунтовые воды не засолены.

Капиллярно-посаженная вода (подперто-подвешенная) образуетсявслоистых почвах, в которых слои различаются по гранулометрическому составу. На контакте слоев скапливается дополнительное количество влаги.

Капиллярно-подпертая вода характеризуется капиллярной влагоёмкостью (КВ)– наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы. Она зависит от того, на какой высоте от уровня грунтовыхвод её определяют – чем выше, тем ниже показатели КВ. Капиллярная влагоёмкость зависит также от гранулометрического состава. При близком залегании грунтовых вод (1,5-2,0 м) для среднесуглинистых почв, в пределах почвенного профиля, она составляет 30-40%.

Гравитационная вода передвигается под действием силы тяжести. В ней содержатся растворённые вещества и тонкие суспензии. Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по порам и трещинам сверху вниз или вниз по склону.

Гравитационная вода водоносных горизонтов представлена почвенно-грунтовыми и грунтовыми водами. В водоносных горизонтах все поры полностью насыщены водой. Они залегают на водонепроницаемых водоупорных горизонтах.

По положению в рельефе и глубине залегания грунтовых вод выделяют следующие группы почв, которые называются рядами увлажнения.

Автоморфные почвы – формируются на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока атмосферных осадков и хорошей водопроницаемости почвенного профиля и почвообразующих пород, при глубоком (более 6 м) уровне залегания грунтовых вод.

Полугидроморфные почвы – образуются при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3-6 м (капиллярная кайма достигает почвенного профиля и корней растений).

Гидроморфные почвы – сформированы в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы).

Наименьшая влагоёмкость (НВ) – характеризует наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое может удерживать почва после стекания избытка влаги при отсутствии подпора грунтовых вод (глубоком залегании). Она зависит от гранулометрического состава, структурного состояния, плотности. В хорошо оструктуренных суглинистых и тяжелосуглинистых почвах НВ составляет 30-45%, в легко- и среднесуглинистых – 20-30, в песчаных и супесчаных – 5-20%.

Термину наименьшая влагоемкость соответствуетряд терминов, предложенных разнымиавторами: предельно-полевая влагоемкость (ППВ) широко используется в мелиорации, полевая влагоёмкость (ПВ) – используется в ряде зарубежных стран. Наименьшая влагоёмкость являетсяверхним пределом оптимальной влажности для растений.

Влажность разрыва капилляров (ВРК) – характеризует запасы воды в почве, соответствующие разрыву сплошности капилляров, связанному с испа­рением и потреблением растениями. Эта влага теряет подвижность (не передвигается под действием капиллярных сил). Она являетсянижнимпределом оптимальной влажности для растений. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 60-70% от НВ.

Влажность устойчивого завядания (ВЗ) – влажность, при которой растения теряют тургор и погибают.Это нижний предел продуктивной влаги. Влага в интервале ВЗ-ВРК является труднодоступной. ВЗ зависит от свойств почв и вида растений, ее можно рассчитать, используя показатели МГ, которые умножают на коэффициент - 1,5. ВЗ = МГ ^. 1,5

 

В среднем ВЗ составляет: в песчаных почвах – 1-3%, в супесчаных – 3-6%, в суглинистых и глинистых – 6-15%, в торфяных почвах – 50-60%. Показатели ВЗ используют для расчетов запаса продуктивной влаги. Запасы влаги в интервале ВРК-ВЗ примерно соответствуют максимальной молекулярной влагоемкости (ММВ).

Полная влагоемкость (ПВ), или водовместимость – наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех порводой.Она, примерно, соответствует общей порозности, поскольку 5-6% пор остается с защемленным почвенным воздухом. Полная влагоёмкость чаще составляет 40-50% от объема, с колебаниями от 30% в бесструктурных, уплотненных минеральных горизонтахдо 80% – в обогащённых органическим веществом горизонтах почв. При полной влагоемкости, если отсутствует подпор грунтовыхвод, влага в крупных межагрегатных порах передвигается под действием гравитационных сил. Такаявода называется гравитационной. Она может быть просачивающейся (после выпадения осадков, таяния снега) и в виде водоносных горизонтов (грунтовые, почвенно-грунтовые воды). Гравитационнаявода доступна для растений, но непродуктивна, поскольку является избыточной.

Максимальная водоотдача (МВО) – разность между полной (ПВ) и наименьшей (НВ) влагоемкостью. В структурных почвах МВО составляет не менее 15-20%, что обеспечивает хорошие условия аэрации почв.

Почвенно-гидрологические константы – граничные значения влажности, при которых количественные изменения в подвижности воды переходят в качественные различия. В агрономической практике наиболее широко используются следующие почвенно-гидрологические константы: МАВ, МГ, ВЗ, ВРК, НВ, ПВ, которые характеризуют доступность воды для растений в почвах с разными водными свойствами (рисунок 1). Почвенно-гидрологические константы используют для оптимизации влажности почв, в частности, при орошении. Если влажность почвы опускается ниже ВРК, необходим срочный полив. Оптимальные запасы влаги находятся в диапазоне ВРК-НВ. Норма полива не должна превышать НВ. В агрономической практике учитывается общий (ОЗВ), полезный (продуктивный) запасы влаги (ПЗВ) и запас труднодоступной влаги (ЗТВ).

Рис.1. Категории почвенной воды и почвенно-гидрологические константы по А.А. Роде, (1965).

 

ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ

ОЗВ рассчитывается по фактической полевой влажности, ЗТВ - по влажности завядания. Измеряют запасы влаги в м³/га или в мм, 1 мм воды

соответствует 10 м³/га. Оптимальные запасы влаги в метровом слое для большинства культур составляют 100-200 мм, в пахотном – 40-50 мм. Снижение запасов воды в пахотном слое ниже 20, а в метровом – ниже 50 мм резко сказывается на урожайности культур.

Водопроницаемость и водоподъемная способность почв.Водопроницаемость – способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. При поступленииводы в почву выделяют два этапа: впитывание (заполнение пор) и фильтрация, которые различаются по скорости и характеризуются соответствующими коэффициентами впитывания и фильтрации. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава, трещиноватости, структурного состояния, влажности и длительности увлажнения. Водопроницаемость измеряется объёмом воды, протекающим через единицу площади поверхности почвы в единицу времени. Н.А. Качинский предложил следующую градацию водопроницаемости почв (мм/час, при напоре 5 см и температуре 10^оС): 1000-500 – провальная, излишне высокая; 500-100 – наилучшая; 100-70 – хорошая; 70-30 – удовлетворительная;менее 30 – неудовлетворительная.

Водоподъёмная способность–свойство почв и грунтов вызывать восходящее передвижение влаги в ней за счёт капиллярных сил. Она растёт от песков к суглинкам и иногда может снижаться к глинам, тонкопористым, поскольку в последних очень много мелких пор (менее 1 мкм), которые заполнены неподвижной связанной водой. Высота капиллярного поднятия в песках составляет 0,5-1 м; в супесях – 1-2; в суглинках – 2-4; в тяжелых суглинках и в глинах – до 6 м.

Водный режим почв – это совокупность явлений поступления, передвижения, изменения физического состояния и расхода воды в почвах. Поступление воды в почву и ее расход характеризуется водным балансом.

Статьи прихода воды в почву: атмосферные осадки, грунтовые воды, конденсация из паров воды, поверхностный боковой приток, внутрипочвенный боковой приток.

Статьи расхода воды из почвы: испарение, транспирация (десукция), фильтрация (грунтовый сток), поверхностный сток, внутрипочвенный боковой сток. Все величины прихода и расхода воды выражаются в мм или в м³/га. Обычно рассчитывается годовой баланс влаги.

Если не происходит прогрессирующего иссушения или увлажнения территории, то сальдо водного баланса близко к нулю, а имеющиеся отклонения объясняются погодными условиями года.

Типы водного режима формируются под воздействием основных статей водного баланса, ведущими из которых являются осадки и испаряемость. Отношение осадков к испаряемости характеризуется коэффициентом увлажнения (КУ), предложенным Г.Н. Высоцким и Н.Н. Ивановым.

Основы учения о водных режимах почв были заложения Г.Н. Высоцким и А.А. Роде. Ими было выделено 6 типов водного режима и несколько подтипов. В настоящее время принято выделять 14 типов водного режима.

Промывной водный режим формируется в гумидных областях (таежно-лесная зона, влажные тропики и субтропики), где осадки превышают испаряемость (КУ>1). Атмосферные осадки ежегодно промачивают почвенно-грунтовую толщу до уровня почвенно-грунтовых вод, часто весной и осенью в таких почвах формируется верховодка. Для почв с промывным типом режима характерен вынос значительной части продуктов почвообразования за пределы почвенной толщи (подзолистые, красноземы, желтоземы и др.).

Периодически промывной водный режим формируется на границе влажных (гумидных) и полувлажных (семигумидных) областей (КУ 0,8-1,2). Для таких территорий характерно промачивание атмосферными осадками почвенно-грунтовой толщи до уровня грунтовых вод один раз в 10-15 лет. Для почв с периодически промывным типом водного режима характерен заметный вынос продуктов почвообразования за пределы почвенной толщи или в нижнюю часть почвенного профиля (серые лесные почвы, оподзоленные и выщелоченные чернозёмы).

Непромывной водный режим формируется в полувлажных (семигумидных) областях и полусухих (семиаридных) областях (КУ 1,0-0,33). Почвенная толща промачивается в пределах 1-2,5 м. Между промачиваемой толщей и капиллярной каймой грунтовых вод существует горизонт с постоянной в течение всего года низкой влажностью, близкой к ВЗ (мертвый горизонт, по Г.Н. Высоцкому). Для почв с непромывным водным режимом (чернозёмы степной зоны, каштановые почвы сухих степей) характерно накопление продуктов почвообразован­ия в почвенном профиле.

Аридный (сухой) водный режим формируется в аридных областях (КУ<0,33) (бурые полупустынные и серо-бурые пустынные почвы). В течение всего года в почвах влажность приближается к ВЗ и только после выпадения осадков несколько повышается.

Выпотной водный режим складывается в почвах семиаридного и аридного климата (КУ<0,55) при не глубоком залегании грунтовых вод.

Капиллярная кайма грунтовыхвод поднимается к поверхности почв, при этом влага испаряется, а растворённые в ней соли скапливаютсяв поверхностных горизонтах. Таким образом, формируются гидроморфные солончаки и солончаковатые почвы. Выпотной режим подразделяется на собственно выпотной и периодически выпотной.

Десуктивно-выпотной водный режим формируется в почвах семиаридного и аридного климата (КУ<0,55), но при более глубоком залегании грунтовых вод, чем у почв с выпотным режимом. Поэтому капиллярная кайма не достигает поверхности почвы, но охватывает зону распространения корневых систем и испаряется не физически, а десуктивно через растения. В таких почвах (они называются полугидроморфными: лугово-черноземные, лугово-каштановые и др.) чередуется периоды с нисходящими(рано весной) и восходящими токами влаги (летом). Водорастворимые соли скапливаются не в поверхностных горизонтах, а на верхней границе капиллярной каймы. Если грунтовые воды не засолены, то при такомводном режиме формируются почвы с повышенным плодородием и лучшими условиями увлажнения по сравнению с почвами водоразделов с непромывным типом водного режима.

Паводковый водный режим характерен для речных пойм и дельт, где поверхность почвы ежегодно или раз в несколько лет подвергается затоплению паводковыми водами. Он распространенво всех природных зонах и сопровождается накоплением аллювиальных отложений. В межпаводковые периоды паводковый водный режим сменяется другим типом водного режима (промывной, непромывной, выпотной и др.), в зависимости от природной зоны и положения в рельефе.

Амфибиальный режим формируется при постоянном или длительном затоплении почв водой (морские и озерные мелководья, речные плавни и др.).

Мерзлотный водный режим характерен для областей вечной мерзлоты. В течение большей части годавода находится в форме льда, и только в летние месяцы почва оттаивает на небольшую глубину и формируется надмерзлотная верховодка.

Водозастойный водный режим характерен для болотных почв атмосферного и грунтового увлажнения при плохом дренаже. В течение большей части года влажность почвы сохраняется в пределах полной влагоёмкости и лишь в засушливые периоды несколько снижается.

Периодически водозастойный режим характерен для болотных почв грунтового увлажнения с ярко выраженными сезонными колебаниями уровня грунтовых вод. При этом влажность почв варьирует от полной влагоёмкостидоуровня ниже наименьшей влагоёмкости.

Ирригационный водный режимсоздается при искусственноморошении. Он может существенно различаться в зависимости от норм и типа орошения, глубины залегания грунтовыхвод, наличия и характера искусственного дренажа, водного режима природной зоны.

Осушительный водный режим создаётся при искусственном осушении болотных и заболоченных почв. Он также может существенно различаться в зависимости от норм и типа осушения, глубины залегания грунтовых вод после осушения и водного режима природной зоны.

Регулирование водного режима осуществляется коренными мелиоративными мероприятиями (осушение, орошение, двустороннее регулирование влаги); лесомелиоративными и агротехническими (снегозадержание, глубокое рыхление, щелевание, введение черных паров и др.), направленными на сохранение и накопление влаги.

Детальное изучение методов регулирования водного режима проводится в курсах мелиорации и земледелия.

Почвенный воздух.Почвенный воздух находится в трех состояниях: свободном (в порах), адсорбированном (в твёрдой фазе), растворённом (в почвенном растворе).

Состав свободного почвенного воздуха, его динамика, оптимальные параметры. Свободный почвенный воздух состоит из тех же газов, что и атмосферный, но отличается от него ярко выраженной динамикой содержания кислорода и углекислого газа. Атмосферный воздух содержит (% от объема): 78,1 – азота, 20,9 – кислорода, 0,03 – углекислого газа и около 1% благородных газов (аргон, гелий, ксенон и криптон).

В почвенном воздухе содержится меньше кислорода – 10-20%, но больше углекислого газа – 0,03-9%, по сравнению с атмосферным. Кроме того, в почвенном воздухе постоянно присутствуют в небольших количествах аммиак, иногда закись азота, сероводород, метан. Хотя содержание азота считается довольно стабильным, имеются данные (В.А. Ковда, 1973) о возможности существенного увеличения азота в почвенном воздухе (до 82-86%). В пахотных, хорошо аэрируемых почвах содержание СО₂ в почвенном воздухе не превышает 1-2%, а О₂ – не опускается ниже 18%. В условиях избытка влаги и затрудненного газообмена содержание СО₂ повышается, а О₂ – снижается до десятых долей процента.

Почва постоянно в течение теплого сезона поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы, почвенная фауна, и незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы. Источником кислорода является атмосферный воздух, который поступает в почвенный воздух диффузно с осадками и оросительной водой. Кислород участвует в актах дыхания растений, и при его отсутствии растения погибают. Кроме того, при недостатке кислорода в почве развиваются анаэробные процессы, в том числе глеевый, которые резко ухудшают агрономические свойства почв, рост и развитие растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе 19-20%.

Основным источником углекислоты в почвах является органическое вещество (растительные и животные остатки, органические удобрения, частично гумус), которое разлагается и окисляется микроорганизмами. Значительное количество углекислоты, около одной трети, по оценке В.А. Ковды, в почве выделяется корнями растений. Небольшие количества СО₂ могут поступать в почву из грунтовых вод, в результате десорбции из твердой и жидкой фазы и при разложении карбонатов. Средняя концентрация углекислого газа в воздухе, равная 0,03%, недостаточна для потенциально возможного урожая сельскохозяйственных культур. Искусственное повышение концентрации углекислоты в приземном воздухе повышает урожай растительной массы на 30-100%. Оптимальное содержание углекислоты в почвенном воздухе составляет от десятых долей процента до 1-2%, повышенные концентрации (более 2-3%) угнетают развитие растений.

Выделение углекислоты из почвы в приземный слой атмосферы называется дыханием почвы. Количество выделяющейся углекислоты зависит от содержания и ежегодного поступления в почву свежих органических веществ, в том числе органических удобрений, и составляет в почвах зонального ряда 1-10 т/га в год в пересчете на углерод (И.Н. Шарков, 1998; С.М. Надежкин, 1999).

Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный газообмен. Имеются сведения, что более 90% углекислоты воздуха имеет почвенное происхождение. Глобальная роль почвенного покрова заключается в регулировании состава атмосферного воздуха.

Газообмен, или аэрацияосуществляется через воздухоносные поры почвы (порозность аэрации). К факторам газообмена относятся: диффузия, изменение влажности, изменение температуры и атмосферного давления. Диффузия – перемещение газов в соответствии с парциальным давлением, которое определяется их концентрацией. Поскольку в почвенном воздухе более высокая концентрация СО₂ и ниже по сравнению с атмосферным воздухом – О₂, диффузия определяет основные потоки этих газов – О₂ в почву, а СО₂ в атмосферу. Диффузия является основным фактором газообмена.

Изменение влажности почвы приводит к поглощению влаги воздуха при высыхании и его вытеснению в атмосферу при увлажнении.

Изменение температуры и атмосферного давления также вызывают обмен между почвенным и атмосферным воздухом из-за градиентов давлений и процессов расширения-сжатия при нагревании и охлаждении.

Диффузия газов в почве характеризуется коэффициентом диффузии, который равен количеству газа (в см³), поступающего в секунду через 1 см² поверхности при мощности слоя 1 см и градиенте концентрации, равном единице. По Люндегорду, коэффициент диффузии СО₂ менее 0,009 г/см² за сек. – предел нормальной аэрации. При меньшем его значении газообмен затруднен. Состояние газообмена определяется воздушными свойствами почвы воздухопроницаемостью и воздухоёмкостью.

Воздушный режим почв и его регулирование. Воздушный режим – это совокупность всех явлений поступления, передвижения, изменения состава и физического состояния при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

Воздушный режим подвержен суточной, сезонной (годовой) и многолетней динамике. Наиболее благоприятный воздушный режим складывается в структурных почвах, обладающих рыхлым сложением и хорошим газообменом. Суточная динамика СО₂ и О₂ распространяется до глубины 30-50 см в соответствии с колебаниями температуры. Обновление состава почвенного воздуха в пахотном слое может происходить в течение суток полностью несколько раз.

Максимальное содержание СО₂ и минимальное О₂ приходится, как правило, на летний период, а осенью и зимой почва освобождается от накопленного углекислого газа. В почвах нормального увлажнения в нижней части почвенного профиля больше содержится СО₂ и меньше О₂, а в почвах в затрудненным газообменом СО₂ скапливается в верхней и средней части профиля.

Регулирование воздушного режима проводят с помощью мелиоративных мероприятий (осушение, орошение), агротехнических (глубокие обработки, рыхление и др.), а также комплекса мероприятий, направленных на окультуривание почв.

Тепловые свойства почв. К тепловым свойствам относятся: теплопоглотительная (теплоотражательная) способность, теплоемкость и теплопроводность почв.

Теплопоглотительная (отражательная) способность почв– это способность почв поглощать (отражать) долю падающей на ее поверхность солнечной радиации. Характеризуется значением альбедо – долей коротковолновой солнечной радиации, отражаемой поверхностью почв, выраженной в % к общей солнечной радиации. Чем меньше альбедо, тем больше почва поглощает солнечной энергии. Альбедо зависит от цвета почвы, влажности, выравненности поверхности, характера растительного покрова. Чернозем сухой имеет показатель альбедо 14%, влажный – 8, песок белый сухой – 25-30, серый сухой – 15-18, влажный – 10-12%.

Теплоемкость – свойство почвы поглощать тепло. Характеризуется количеством тепла (в джоулях и калориях), необходимого для нагревания на 1^оС единицы массы (удельная) или единицы объема (объемная). Теплоемкость зависит в основном от влажности, содержания органического вещества, пористости аэрации (таблица 3.). Наиболее высокая теплоемкость у воды.

Для повышения температуры влажной почвы требуется больше тепла, чем для сухой. Влажные почвы медленнее нагреваются и медленнее охлаждаются. А поскольку глинистые, тяжелосуглинистые и торфяные почвы весной содержат много влаги, они медленнее прогреваются по сравнению с более сухими песчаными и супесчаными, их называют холодными. Осенью наблюдается обратная картина – легкие почвы быстрее охлаждаются, а тяжелые и торфяные – медленнее.

3. Теплоемкость составных частей почв

Теплопроводность – способность почвы проводить тепло. Она измеряется количеством тепла в Джоулях (калориях), которое проходит за 1 с. через 1 см² слоя почвы толщиной в 1 см. Минимальной теплопроводностью обладает воздух (таблица 4), более высокой – органическое вещество (гумус, торф), вода. Самая высокая теплопроводность у минеральной части почв. Она в 100 раз выше, чем у воздуха и примерно в 20 раз выше, чем у воды.

4. Теплопроводность составных частей почвы

Теплопроводность плотных и влажных почв выше, чем рыхлых, хорошо оструктуренных и сухих.

Тепловой режим почвы – это совокупность и последовательность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла. Он характеризуется температурой на разных глубинах почвенного профиля, которая имеет суточный и годовой ход.

Суточный ход температуры почвы определяется зональным положением почвы, климатическими и погодными условиями, сезонностью, особенностями рельефа и растительного покрова, составом и свойствами почв. Наиболее резко суточный ход выражен в пределах 50-см слоя. Максимальные температуры наблюдаются на поверхности днем, минимальные – ночью. С глубиной в профиле почв характерно запаздывание изменения температуры.

Годовой ход температуры определяется, в первую очередь, климатическими условиями, имеет большую амплитуду и выражен на большую глубину, чем суточный. Наиболее резко годовой ход температур проявляется в пределах 3-4-х метровой толщи почвы и почвообразующих пород. На глубине 6 м колебания температур не превышают 1^оС. Максимальные температуры почв с глубиной отстают от максимальных температур воздуха. Различия во времени могут достигать 2-3 месяцев.

На годовой ход температур большое влияние оказывают растительный покров, высота снежного покрова, рельеф, хозяйственная деятельность. Замерзание почвы происходит после установления отрицательных температур воздуха и продолжается до января-февраля. Затем она постепенно оттаивает снизу за счет передачи тепла из нижних не промерзших слоев. Иногда оттаивание снизу продолжается до схода снега, при этом талая вода проникает в почву. В другие годы, при раннем сходе снега, почва может оттаивать сверху и снизу, при этом в оттаявшем сверху слое образуется слой, насыщенный водой, и создаются условия для поверхностного стока и развития эрозионных процессов за счет талых вод. Для оценки теплообеспеченности почв и характеристики теплового режима используются следующие показатели: сумма активных температур (более 10^оС) в почве на глубине 20 см; сумма отрицательных температур на глубине 20 см; средний из абсолютных минимумов температур на поверхности почвы; глубина промерзания почвы; глубина проникновения температур более 10^оС (для лета) и другие показатели.

Сумма активных температур почвы (больше 10^оС) на глубине 20 см в тундре примерно на 100^оС ниже или соответствует сумме активных температур воздуха; в таежно-лесной зоне активные температуры почвы превышают температуры воздуха на 100-200^ОС; в степной зоне – на 300-500^оС и в субтропиках – примерно на 1000^оС.

Типы теплового (температурного) режима почв. В зависимости от динамики температуры почвы, длительности и глубины промерзания В.Н. Димо (1968) выделила 4 типа температурного режима почв.

Мерзлотный– характерен для территорий с многолетней мерзлотой. Среднегодовая температура почв отрицательная. Сезонное замерзание и оттаивание прослеживается до верхней границы многолетнемерзлого слоя.

Длительно-сезоннопромерзающий тип характерен для территорий с положительной среднегодовой температурой профиля почвы. Длительность промерзания – не менее 5 мес. Глубина промерзания – более 1 м. Сезонное промерзание не смыкается с многолетнемерзлыми породами, если они присутствуют.

Сезоннопромерзающий тип характерен для территорий с положительной среднегодовой температурой профиля почвы. Глубина промерзания не более 2 м, длительность – от нескольких дней до 5 мес.

Непромерзающий тип характерен для территорий, где температура на глубине 20 см в самом холодном месяце положительная. Промерзание почвы отсутствует, а отрицательные температуры почвы отсутствуют или держатся не более нескольких дней.

Длительно-сезоннопромерзающий и сезоннопромерзающий типы температурного режима характерны для преобладающей части территории России, непромерзающий занимает небольшую площадь на Северном Кавказе и Черноморском побережье Кавказа.

Биологический режим почв. Почвенная биота является составной частью почв. С одной стороны, функционирование живых почвенных организмов в значительной степени зависит от свойств твердой, жидкой и газовой фазы почв, с другой, они сами формируют свойства этих фаз. Им принадлежит ведущая роль в формировании почвенного плодородия.

Местообитанием мезо- и микрофауны в основном является система пор, занятых водой и воздухом. Для микроорганизмов почва представляет сложную гетерогенную систему микросред с резко различающимися свойствами. От 80 до 90% бактериальных клеток в почве удерживается на поверхности или внутри почвенных агрегатов.

На жизнедеятельность микроорганизмов большое влияние оказывают влажность, состав и концентрация почвенного раствора, осмотическое давление, реакция среды. В кислых почвах увеличивается роль грибов, устойчивых к низким значениям рН, но тормозится развитие азотобактера, нитрификаторов. Оптимум рН для большинства бактерий и актиномицетов – 6-8, для грибов – 3-5.

Почвенный воздух и его состав оказывают сильное влияние на численность и состав микроорганизмов. В то же время микроорганизмы являются ведущим фактором изменения состава почвенного воздуха. Благодаря их деятельности почва поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Многие микроорганизмы переносят повышенные концентрации углекислого газа (до 10-12%). По отношению к кислороду микроорганизмы делятся на аэробы, облигатные и факультативные анаэробы и микроаэрофилы. Последняя группировка объединяет большинство почвенных микроорганизмов. Для них оптимальными являются условия с пониженным содержанием кислорода в среде.

Тепловой режим почвы является одним из главных факторов жизнедеятельности микроорганизмов. По отношению к температуре выделяют мезофильные, термофильные, психрофильные и термотолерантные группировки. Большинство почвенных микроорганизмов – мезофилы с оптимумом роста при 26-30^оС. Оптимум для многих видов дрожжей – 12-15^о, а выше 18-20^о они прекращают рост. Есть данные о значительном участии дрожжей в разложении растительных остатков в холодное время года.

Наиболее высокая их численность наблюдается в органогенных горизонтах, особенно в прикорневой зоне – ризосфере. С составом и численностью микроорганизмов тесно связана ферментативная активность почв. Ферменты катализируют важнейшие реакции трансформации органических и органоминеральных веществ в почвах и активно участвуют в процессах почвообразования и в формировании почвенного плодородия.

Гетерогенность микросред в почве с резко различающимися условиями обусловливает многообразие состава и численности различных групп микроорганизмов как в пределах одного почвенного профиля, так и в почвах зонального ряда с разными экологическими условиями.

Биологический режим характеризуется численностью, активностью, составом почвенных микроорганизмов в разные периоды года.

Комплексным показателем биологического режима является биологическая активность почв. Она характеризует емкость и интенсивность трансформации органических и органо-минеральных веществ в почвах. Для характеристики биологической активности используют показатели численности различных групп микроорганизмов и активности различных ферментов. Интегральным показателем биологической активности многие исследователи считают продуцирование почвой углекислого газа или поглощение кислорода за определенный промежуток времени (час, сутки, год).

Биологический режим почв агроландшафтов тесно связан с хозяйственной деятельностью. Основными факторами, определяющими биологический режим почв в агроценозах, являются:

- количество послеуборочных остатков и нормы органических удобрений;

- водные и химические мелиорации (осушение, орошение, известкование, гипсование);

- агротехнические мероприятия, направленные на регулирование водного, воздушного и теплового режимов почв;

- ухудшение условий жизнедеятельности за счет загрязнения почв пестицидами, минеральными удобрениями, тяжелыми металлами, нефтепродуктами;

- биологическое загрязнение почв чужеродными патогенными и токсикогенными микроорганизмами бытовых и сельскохозяйственных отходов, недоброкачественными компостами, аэрозолями микробиологических производств.

Почвенные растворы. Почвенный раствор представляет собой жидкую фазу почв, которая формируется путем взаимодействия атмосферных осадков, поверхностного стока и грунтовых вод (при неглубоком залегании последних) с твёрдой, газообразной и живой фазами.

Почвенный раствор содержит минеральные, органические и органоминеральные вещества в ионной, молекулярной, коллоидной форме и иногда в виде взвесей. Он также содержит растворенные газы: кислород, углекислый газ, аммиак. Количество почвенного раствора зависит от влажности почвы и колеблется в широких пределах – от долей и единиц до десятков процентов в минеральных почвах, до сотен процентов в торфяных.

Для выделения почвенных растворов используют различные методы:

- отпрессовывание, вытеснение жидкостями или газами, центрифугирование, улавливание почвенных растворов специальными приёмниками разных конструкций (лизиметрический метод);

- метод водных вытяжек (наиболее часто применяемое соотношение почва - вода 1:5);

- стационарный метод изучения почвенных растворов в естественном состоянии с помощью специальных приборов, наиболее часто применяются ионометрические методы с использованием специальных электродов для измерения рН, Еh, концентрации целого ряда катионов и анионов (Са²⁺, Мg²⁺, К⁺, NO^3- и др.).

Каждый из этих методов обладает определёнными преимуществами и недос­татками, которые обсуждаются в специальной литературе.

По данным К.К. Гедройца, коллоиды составляют от ¹/₄ до ¹/₁₀ общего количества веществ почвенного раствора. В почвенных растворах преобладают катионы Са²⁺, Мg²⁺, Na⁺, всегда присутствуют К⁺, NH₄⁺, Н⁺, впочвах с кислой реакцией среды – А1³⁺, Fe³⁺, Fe²⁺. Из анионов преобладают СО₃^2-, Cl^-, SO₄^2-; присутствуют NO₃^-, NO₂^-, H₂PO₄^-, HPO₄^2-. Железо,алюминий содержатся, в основном, в виде устойчивых комплексов с органическими веществами. Минерализация почвенных растворов невелика и в разных типах почв колеблется, возрастая с севера на юг, от десятков мг в подзолистых до нескольких граммов вещества на литр в черноземах и каштановых почвах, в засоленных почвах минерализация резко повышается до десятков и даже сотен граммов на литр.

Содержание органических веществ в почвенных растворах измеряется десятками и сотнями мг/л, повышенные концентрации их наблюдаются в подзолистых и болотных почвах таёжно-лесной зоны. Органические вещества представлены в основном фульвокислотами и простыми органическим кислотами. Наиболее высокие концентрации органических веществ характерны для верхних горизонтов - лесной подстилки и гумусовых.

Реакция среды почвенных растворов (актуальная кислотность и щелочность) изменяется от кислой и слабокислой в подзолистых почвах северной и средней тайги, нейтральной в зоне чернозёмных почв до слабощелочной и местами щелочной в почвах аридных областей. Это связано с закономерными изменениями водного режима в почвах зонального ряда. При избытке влаги в почвах таёжно-лесной зоны основания и, прежде всего, щелочные металлы вымываются за пределы почвенного профиля, при непромывномводной режиме, вчернозёмах в пределах почвенного профиля всегда присутствуют карбонаты кальция и магния, а в почвах аридных областей – водорастворимые соли иобменный натрий ППК обусловливают щелочную реакцию почвенного раствора. Наиболее высокая щелочная реа

Поиск по сайту: